Обмен веществ и энергии в организме: пластический обмен. Лекция 14

1.

Лекция 14
Тема: Обмен веществ и
энергии в организме:
пластический обмен

2.

План урока
• Пластический обмен
• Стадии фотосинтеза
• Хемосинтез
Цели урока
• уметь объяснять сущность понятий «обмен веществ» и
«пластический обмен».
• знать этапы фотосинтеза.
Разминка
• Что такое обмен веществ?
• Для каких организмов характерен фотосинтез?
• Какие типы питания существуют?

3.

Пластический обмен
Обмен веществ и энергии (метаболизм) осуществляется на всех уровнях организма:
клеточном, тканевом и организменном. Он обеспечивает постоянство внутренней
среды организма — гомеостаз — в непрерывно меняющихся условиях существования.
В клетке протекают одновременно два процесса — это пластический обмен
(анаболизм или ассимиляция) и энергетический обмен (катаболизм или
диссимиляция).
________________________________________
Пластический обмен — это совокупность реакций биосинтеза, или создание сложных
молекул из простых. В клетке постоянно синтезируются белки из аминокислот, жиры из
глицерина и жирных кислот, углеводы из моносахаридов, нуклеотиды из азотистых
оснований и сахаров. Эти реакции идут с затратами энергии.

4.

Пластический обмен классификация организмов
Автотрофы — это организмы, способные самостоятельно синтезировать необходимые
органические вещества, используя в качестве источника углерода углекислый газ.
________________________________________
Автотрофов разделяют на фотосинтетиков, использующих для синтеза органических
веществ энергию света (зелёные растения и цианобактерии) и хемосинтетиков,
синтезирующих органические вещества за счёт энергии химических связей (некоторые
виды бактерий).
Существуют также миксотрофы, обладающие смешанным питанием и в отсутствие
света способные питаться гетеротрофно (эвглена зелёная).

5.

Стадии фотосинтеза
Фотосинтез это
важнейший процесс, лежащий в основе возникновения и существования
подавляющего большинства организмов на Земле.
________________________________________
Фотосинтез — процесс образования органических соединений из диоксида углерода (CO2) и воды
(H2O) с использованием энергии света.
________________________________________
Хлоропласты в клетках растений и складки цитоплазматической мембраны прокариот содержат
зелёный пигмент хлорофилл. Хлорофилл обладает особой химической структурой, которая
позволяет ему улавливать кванты света. Молекула хлорофилла способна возбуждаться под
действием солнечного света, отдавать свои электроны и перемещать их на более высокие
энергетические уровни.
Процесс фотосинтеза включает две последовательные фазы: световую и темновую.

6.

Световая фаза — это этап, на котором энергия света, поглощённая хлорофиллом, преобразуется в
электрохимическую энергию в цепи переноса электронов. Она осуществляется на свету в мембранах гран
тилакоидов при участии белков-переносчиков и АТФ-синтетазы.
Световая фаза фотосинтеза растений включает в себя нециклическое фосфорилирование и фотолиз воды.
На фотосинтетических мембранах гран хлоропластов происходят следующие процессы:
возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический
уровень;
восстановление акцепторов электронов — НАДФ+ до НАДФ ⋅ Н2;
фотолиз воды, происходящий при участии квантов света:
2H2O → 4H+ + 4e− + O2
Результатами световых реакций являются:
фотолиз воды с образованием свободного кислорода;
синтез АТФ;
восстановление НАДФ+ до НАДФ ⋅ Н.
В реакциях световой фазы фотосинтеза накапливается энергия в НАДФ ⋅ Н и АТФ, которая тратится в процессах
темновой фазы.
Синтез АТФ из АДФ за счёт энергии света — очень эффективный процесс: за одно и то же время в хлоропластах
образуется в 30 раз (!) больше АТФ, чем в митохондриях.
Во время световой фазы образуются богатые энергией молекулы и ионы водорода, необходимые для темновой
фазы фотосинтеза. Дальнейшие процессы фотосинтеза могут идти и без солнечного освещения.

7.

Темновая фаза — процесс преобразования CO2
в глюкозу с использованием энергии, запасённой
в молекулах АТФ и НАДФ ⋅ Н.
Реакции темновой фазы фотосинтеза протекают
независимо от света. Эти реакции
осуществляются в строме хлоропластов, куда из
тилакоидов поступают богатые энергией
вещества: НАДФ ⋅ Н и АТФ, накопленные в
реакциях световой фазы фотосинтеза.
Источник углерода (CO2) растение получает из
воздуха через устьица.
Превращение углекислого газа в глюкозу в ходе
темновой фазы фотосинтеза получило название
цикла Кальвина по имени его открывателя.
Результатом темновых реакций является
превращение углекислого газа в глюкозу, а затем
в крахмал.
Помимо молекул глюкозы в строме хлоропластов
происходит образование аминокислот,
нуклеотидов, спиртов.

8.

9.

Значение фотосинтеза:
1. В процессе фотосинтеза образуется свободный
кислород, который необходим для дыхания
организмов;
2. Фотосинтез обеспечивает постоянство уровня CO2
и O2 в атмосфере;
3. Фотосинтез
обеспечивает
образование
органических веществ, а следовательно, пищу для
всех живых существ;
4. В верхних слоях воздушной оболочки Земли из
кислорода образуется озон O3, из которого
формируется
защитный
озоновый
экран,
предохраняющий организмы от опасного для жизни
воздействия ультрафиолетового излучения.

10.

Хемосинтез
________________________________________
Хемосинтез — древнейший тип автотрофного
питания, который в процессе эволюции мог
появиться раньше фотосинтеза. В отличие от
фотосинтеза
при
хемосинтезе
первичным
источником энергии является не солнечный свет, а
химические реакции окисления веществ, обычно
неорганических.
________________________________________
Хемосинтез наблюдается только у ряда прокариот.
Многие хемосинтетики обитают в недоступных для
других организмов местах: на огромных глубинах,
в бескислородных условиях.
Хемосинтез в каком-то смысле уникальное
явление. Хемосинтезирующие организмы не
зависят от энергии солнечного света ни напрямую
как растения, ни косвенно как животные.
Исключением являются бактерии, окисляющие
аммиак, т. к. последний выделяется в результате
гниения органики.

11.

Сходство
хемосинтеза
с
фотосинтезом:
• автотрофное питание;
• энергия запасается в АТФ и
потом используется для синтеза
органических веществ.
Отличия хемосинтеза:
• источник
энергии
—
различные
окислительновосстановительные химические
реакции;
• характерен только для ряда
бактерий и архей;
• клетки
не
содержат
хлорофилла;
• в
качестве
источника
углерода для синтеза органики
используется не только CO2, но
также окись углерода (CO),
муравьиная кислота (HCOOH),
метанол
(CH3OH),
уксусная
кислота
(CH3COOH),
карбонаты.

12.

Хемосинтетики получают энергию при окислении серы, сероводорода, водорода, железа, марганца,
аммиака, нитрита и др. Как видно, используются неорганические вещества.
В зависимости от окисляемого субстрата для получения энергии хемосинтетиков делят на группы:
железобактерии, серобактерии, метанообразующие археи, нитрифицирующие бактерии и др.
У аэробных хемосинтезирующих организмов акцептором электронов и водорода служит кислород, т. е. он
выступает в роли окислителя.
Хемотрофы играют важную роль в круговороте веществ, особенно азота, поддерживают плодородие почв.
Важнейшая группа хемосинтезирующих организмов — нитрифицирующие бактерии. Исследуя их, русский
микробиолог Сергей Николаевич Виноградский в 1887 г. открыл процесс хемосинтеза. Обитая в почве, эти
бактерии окисляют аммиак, образующийся при гниении органических остатков, до азотистой кислоты:
2NH3 + 3O2 → HNO2 + 2H2O + E,
а образующуюся при этом энергию используют в своей жизнедеятельности.
Затем другие бактерии этой группы окисляют азотистую кислоту до азотной:
2HNO2 + O2 → 2HNO3 + E.
Взаимодействуя с минеральными веществами почвы, азотистая и азотная кислоты образуют соли (нитриты,
нитраты), являющиеся важнейшими компонентами минерального питания высших растений.

13.

Упражнение
Установите соответствие между характеристикой организма и функциональной группой, к
которой его относят. Для этого к каждому элементу первого столбца подберите позицию из
второго столбца. Впишите в таблицу цифры выбранных ответов.
ХАРАКТЕРИСТИКА
A) образуют органические вещества из
неорганических
Б) потребляют готовые органические
вещества
В) используют солнечную энергию для
синтеза органических веществ
Г) принадлежат к растительноядным
животным
Д) являются первым звеном цепи питания
ГРУППА
1.производители
Запишите в ответ цифры,
расположив их в порядке,
соответствующем
буквам:
А
2. потребители
Б
В
Г
Д

14.

Контрольные вопросы
I. Что такое пластический обмен?
II. Какие
процессы
происходят
в
фотосинтеза?
III. Что является результатом фотосинтеза?
В чём заключается роль хемосинтеза?
световой
стадии